有机气体受激拉曼散射的研究

论文摘要

本课题主要是利用受激拉曼散射实现高效率的有机气体的多波长转换,从而拓展激光波长的种类。论文从理论和实验两方面出发,研究了有机气体的受激拉曼散射的特性。首先,本论文从基本理论出发,通过量子化学中DFT理论中B3LYP/6-31G（D）方法计算了C2H4和C2H6二种有机气体分子的振动频率和拉曼活性,并且利用Origin软件对C2H4和C2H6的拉曼光谱图进行了绘制,定性分析了拉曼活性与受激拉曼散射截面的关系。其次,采用了二倍频的Nd:YAG激光器作为泵浦光源,研究了C2H4和C2H6二种有机气体分子的受激拉曼散射特性。在重复频率1Hz,脉冲宽度8ns,波长为532nm的YAG激光泵浦了压力为1.5MPa和2.5MPa的C2H4和C2H6气体,并且用OceanOptics光纤光谱仪测得了二种有机气体的受激拉曼发射谱。观察到C2H4气体在635nm和637nm处的一阶斯托克斯谱线、C2H6气体在630nm和634nm处的一阶斯托克斯谱线,C2H6在782nm处出现了二阶斯托克斯谱线。最后,通过实验测量了上述两种气体的受激拉曼散射的阈值能量、一阶斯托克斯能量转化效率随着泵浦光能量变化的曲线关系以及一阶斯托克斯能量随着拉曼池气体压力的变化关系曲线,并根据实验现象分析了二种气体的受激拉曼散射特性。实验结果显示,在本实验条件下,C2H4和C2H6的一阶斯托克斯光的最大转换效率分别可达12.5%和15.5%。并且C2H6在同种条件下阈值能量低,但是更容易受到SRS过程中的其它非线性现象的影响,相比之下,C2H4气体输出的受激拉曼散射光更为稳定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究状况及分析
• 1.2.1 国内研究状况
• 1.2.2 国外发展现状
• 1.3 本论文主要研究内容
• 第2章 拉曼散射的基本理论
• 2.1 拉曼散射的量子解释
• 2.2 受激拉曼散射
• 2.2.1 受激拉曼散射机制
• 2.2.2 受激拉曼效应的特性和光谱规律
• 2.2.3 受激拉曼散射中一些参数关系
• 2.2.4 受激拉曼散射的竞争过程
• 2.3 密度泛函理论
• 2.4 本章小结
• 2H₄和C₂H₆的量子化学理论计算'>第3章 C₂H₄和C₂H₆的量子化学理论计算
• 3.1 乙烯气体的理论计算
• 3.1.1 乙烯气体的物理性质
• 3.1.2 利用密度泛函理论计算乙烯分子的振动频率
• 3.1.3 理论计算乙烯拉曼光谱图
• 3.2 乙烷气体的理论计算
• 3.2.1 乙烷气体的物理性质
• 3.2.2 利用密度泛函理论乙烷分子的振动频率
• 3.2.3 理论计算乙烷拉曼光谱图
• 3.3 受激拉曼散射激光波长的计算
• 3.4 拉曼微分散射截面定性分析
• 3.5 本章小结
• 2H₄和C₂H₆气体受激拉曼散射的实验研究'>第4章 C₂H₄和C₂H₆气体受激拉曼散射的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验装置
• 4.3 乙烯气体受激拉曼散射的实验研究
• 4.3.1 乙烯气体受激拉曼散射光谱图
• 4.3.2 实验结果分析
• 4.4 乙烷气体受激拉曼散射的实验研究
• 4.4.1 乙烷气体受激拉曼散射光谱图
• 4.4.2 实验结果分析
• 2H₄和C₂H₆ 实验结果对比分析'>4.5 C₂H₄和C₂H₆实验结果对比分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢